【摘要】
本文通過高壓變頻器在生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，介紹變頻器的節(jié)能原理、控制調(diào)試過程中的一些體會。
【關(guān)鍵詞】
高壓變頻器、節(jié)能原理、操作使用。
1、引言
隨著現(xiàn)代化企業(yè)的不斷進步和發(fā)展，效益最大化是企業(yè)永恒的主題。利用高新技術(shù)來提高企業(yè)生產(chǎn)裝置的管理水平和節(jié)能降耗已是各企業(yè)首選的手段之一。高壓變頻節(jié)能技術(shù)隨著國內(nèi)一些生產(chǎn)廠家研制水平的不斷提高已接近甚至超過世界同行的先進水平，并以產(chǎn)品性能穩(wěn)定、價格適宜、售后服務(wù)及時等優(yōu)勢深受國內(nèi)企業(yè)廣泛接受和應(yīng)用。
泰達熱電公司五號熱源廠為三臺75T/H的硫化床鍋爐，采用單引風(fēng)、一次送風(fēng)、二次送風(fēng)的形式。風(fēng)機型號分別為 JLY75—15N025D左45°、JLG75—12N016D右90°、JLG75—22AN014D右90° 配置功率分別為560KW、315KW、250KW 電壓為10KV的三相交流異步電動機，風(fēng)門采用進風(fēng)口擋板調(diào)節(jié)。這種配置的缺點是擋板兩側(cè)風(fēng)壓差造成節(jié)流損失，同時風(fēng)機擋板執(zhí)行機構(gòu)為大力矩電機執(zhí)行器易出故障 ，風(fēng)機自動率較低。為此我們對引風(fēng)量的調(diào)節(jié)、一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)、二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)在全國首家大膽采用了10KV高—高變頻調(diào)速技術(shù)。以1#爐為例我們分別選擇了DFCVERT—MV—710/10B、DFCVERT—MV—450/10B、DFCVERT—MV—355/10B變頻器以達到節(jié)能降耗及提高自動化水平。目前經(jīng)過對1#爐變頻器的調(diào)試運行驗證收到了預(yù)期效果，安裝工藝、操作控制都有了突破性進展
2、采用變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理
一般電氣拖動設(shè)備設(shè)計上考慮有短時過載運行的情況，在電動機的功率配置上往往要大于負(fù)載最大功率的10%左右甚至更大一些，電動機選小了大負(fù)載運行時電機發(fā)熱導(dǎo)致絕緣過早老化影響電機使用壽命，電機選大了勵磁電流增大，無功損耗大功率因數(shù)低而且不經(jīng)濟，另外電動拖動設(shè)備不是長期工作在滿負(fù)荷狀態(tài)，而是長期工作在經(jīng)濟負(fù)荷狀態(tài)，即額定值得85%左右，這樣剩余功率和冗余功率就是一種浪費而采用變頻技術(shù)正是解決這一問題的最好辦法。它可以做到自動負(fù)荷匹配，在任何工況下電動機和負(fù)荷都可以實現(xiàn)最佳的負(fù)荷匹配。
利用變頻器作為風(fēng)量的調(diào)節(jié)最直接的效益就是節(jié)能降耗。采用變頻調(diào)速的主要特點是消除或減少檔板的節(jié)流損失，可自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷匹配從而達到最佳的節(jié)能目的。一般情況下生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能可以通過兩種手段實現(xiàn)一是減少運行時間，二是在滿足運行工況的前提下削減輸入功率，顯然第一種方法不適合連續(xù)運行的鍋爐風(fēng)機，那么利用變頻調(diào)速可以削減輸入功率正適合不需要恒轉(zhuǎn)矩的風(fēng)機、水泵類的設(shè)備。下面就節(jié)能原理作一介紹。
2.1、風(fēng)機節(jié)能的基本原理
風(fēng)機典型的風(fēng)量——壓力特性曲線如圖2.1所示。
圖2.1風(fēng)機的風(fēng)量—壓力特性
通常調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法有兩種：
（1）、控制輸出或輸入的風(fēng)門。
（2）、控制旋轉(zhuǎn)速度。
圖2.2（a）為采用第一種方法時的特性 ，管路的節(jié)流阻力改變時，可以得到所需的送風(fēng)特性。圖2.2（b）為調(diào)速情況下風(fēng)機的運行特性圖中（pu）均采用標(biāo)么值。
圖2.2（a）風(fēng)門調(diào)速時的特性 （b）調(diào)速控制時的特性 r: 管路阻抗R+節(jié)流阻抗
采用調(diào)速方法節(jié)能的原理是基于風(fēng)量、壓力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系這些關(guān)系是
Q ∝ n
p ∝ T ∝ n2
P ∝ Tn ∝ n3
式中Q——風(fēng)量 p——壓力 n——轉(zhuǎn)速 T——轉(zhuǎn)矩 P——軸功率
風(fēng)機的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的1次方成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的2次方成正比，而軸功率與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，即能耗與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系如電機在80%額定轉(zhuǎn)速時，其功耗即可降至（0.8）
3
≈50%
軸功率的實際值（KW）由下式給出
式中 Q——風(fēng)量
p——壓力（n3/s）
ηb——風(fēng)扇或風(fēng)機的效率
ηc——傳動裝置效率，直接傳動時為1
圖2.3所示為采用不同的調(diào)節(jié)方法時電動機輸入功率（既風(fēng)機軸功率）與風(fēng)量的關(guān)系曲線。
圖2.3風(fēng)機各種風(fēng)量調(diào)節(jié)時的輸入功率比較
1—輸出端風(fēng)門控制時的電動機輸入功率2—輸入端風(fēng)門控制的電動機輸入功率3—轉(zhuǎn)差功率調(diào)速（滑差電動機、液力耦合器）時電動機的輸入功率4—變頻器調(diào)速控制時的電動機輸入功率5—理想輸入功率
采用不同的調(diào)節(jié)方法電動機的輸入功率（既電源應(yīng)提供的功率）也不同圖中比較了輸出端風(fēng)門控制、輸入端風(fēng)門控制、電磁轉(zhuǎn)差調(diào)速及液力耦合控制、和采用變頻調(diào)速控制的電動機的輸入功率（既電源提供的功率）與風(fēng)量之間的相互關(guān)系。
圖2.4表示輸入端風(fēng)門控制、電磁轉(zhuǎn)差或液力耦合調(diào)速控制以及變頻調(diào)速控制方法下將風(fēng)量調(diào)到0.5（Pu）時的節(jié)電情況。
圖2.4風(fēng)量為50%時節(jié)約的電能
圖中劃斜線部分的面積表示風(fēng)量調(diào)到0.5（Pu）時的節(jié)電量。變頻調(diào)速的情況下所需電源功率僅為全風(fēng)量的12.5%當(dāng)然這是理想情況下得到的結(jié)果。
2.2、我廠1#爐三臺風(fēng)機的節(jié)能估算
由于在相同條件下風(fēng)壓和流量的大小與電機電流的大小成正比所以這里只用工頻運行檔板調(diào)節(jié)時的電機電流和變頻調(diào)節(jié)時變頻器的輸入電流作一比較從而說明節(jié)電效果
在蒸汽流量為48T/H時各自的電源側(cè)電流見表一
以下公式可估算出節(jié)電的結(jié)果
圖3.1功率單元電路結(jié)構(gòu)
根據(jù)表二可得出1#爐每小時可節(jié)能421.2度電
以上只是利用電流的變化做一比較，在實際運用中各種運行工況的不同節(jié)能效果也不一樣。所以實際節(jié)能要比估算的結(jié)果有一定的出入，但從結(jié)果上看節(jié)能還是非常顯著的。
3、高壓變頻裝置的基本原理
3.1、功率單元的基本結(jié)構(gòu)
DFCVERT—MV變頻器的功率單元是以交—直—交的形式組成的，它是先把工頻交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的PWM波交流電。它由三部分組成既整流器、逆變器和中間環(huán)節(jié)如圖3.1所示：
圖3.2逆變器原理
3.2、逆變器的基本原理
交—直—交變頻器的交——直變換一般采用二極管來實現(xiàn)。而把直流變?yōu)樗枰l率的交流電時一般采用逆變的方法來實現(xiàn)，所以也叫逆變器。由圖3.2簡單地說明了逆變器的工做原理
圖3.3（a）電壓疊加原理圖
當(dāng)兩組開關(guān)K1、K1’和K2、K2’輪流切換時，負(fù)載R上便得到了交變電壓uR。如果這兩組開關(guān)利用四只電子開關(guān)器件來代替并輪流導(dǎo)通與關(guān)斷就實現(xiàn)了由四只電子開關(guān)器件控制的直流——交流逆變。
3.3單元串聯(lián)多電平變頻器原理
單元串聯(lián)多電平PWM電壓型變頻器采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有對電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形好，不存在由諧波引起的電動機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪聲、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。取名為完美無諧波變頻器。
單元串聯(lián)多電平變頻器采用若干個獨立的低壓功率單元串聯(lián)的方式來實現(xiàn)高壓輸出其原理如圖3.3所示
圖3.3（b）主電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
供率單元與主控系統(tǒng)之間通過光纖進行通訊，以解決強弱電之間的隔離和干擾問題。功率單元采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有的功率單元可以互換，維修也比較方便每個單元只有三個輸入、兩個輸出電源連接和一個光釬插頭與系統(tǒng)連接，所以功率單元的更換十分方便。1#爐變頻器還采用了冗余功率單元設(shè)計方案及功率單元自動旁路技術(shù)即使在功率單元損壞的前提下還能滿載運行。
4、DCS控制系統(tǒng)及工頻旁通
變頻器的調(diào)速控制系統(tǒng)可由遠(yuǎn)程/本地控制，遠(yuǎn)程時操作人員通過DCS系統(tǒng)在CRT上的模擬器對DCS的輸出值進行調(diào)節(jié)，此輸出值為反饋給變頻器的4－－20MA標(biāo)準(zhǔn)信號，對應(yīng)不同的頻率給定值，變頻器通過DCS的給定調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制從而達到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。
利用變頻器調(diào)節(jié)技術(shù)無疑要在原有的回路中加裝一套變頻調(diào)節(jié)設(shè)備，這將增加一個設(shè)備故障點，影響機爐系統(tǒng)的安全運行，
為了充分保證系統(tǒng)的可靠性為變頻器加裝了<
